MMCの電流制御における収束と安全性の保証

核心概念

本論文では、MMCの電流を追従しつつ、アーム電圧を安定化させるための多入力多出力(MIMO)コントローラを提案する。提案手法は、線形行列不等式(LMI)を用いて、追従誤差の制限、安定性、および制約条件の満足を保証する静的フィードバックゲインを設計する。

要約

本論文では、MMCの電流制御問題を扱っている。MMCは高効率、スケーラビリティ、低高調波歪みを特徴とする新しい電圧形コンバータであり、安全かつ効率的な動作には適切な電流制御が不可欠である。
従来の電流制御手法は、独立に設計された単一入力単一出力(SISO)コントローラで構成されており、MMCの多変数特性と非線形性に起因する課題がある。特に、交流(AC)出力を持つMMC(AC/ACタイプ)では、単相正弦波信号の追従が困難となる。
本論文では、物理情報に基づく変換を用いてMMCの動特性を線形化し、LMIを用いて追従誤差の制限、安定性、および制約条件の満足を保証する静的フィードバックゲインコントローラを提案する。提案手法は、ABC座標系で動作し、グリッドおよびMMC出力電圧の位相情報のみを必要とする。
シミュレーションと実験により、提案手法がMMCの安全かつ効率的な動作を実現できることを示している。特に、アーム電圧の安定化と電流の高精度な追従を実現している。

統計

MMCの定格出力は1MWで、グリッド電圧は25kV、MMC出力電圧は10kVである。
MMCの定格電流はグリッド側が80A、変圧器側が101.15Aである。
グリッド周波数は50Hz、MMC出力周波数は1kHzである。

引用

なし

抽出されたキーインサイト

Multivariable control of modular multilevel converters with convergence and safety guarantees

by Victor Danie... 場所 arxiv.org 03-28-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.18371.pdf

深掘り質問

提案手法の適用範囲はどのようなMMCトポロジーまで拡張できるか

提案手法は、直流/交流MMCや交流/交流MMCなど、さまざまなMMCトポロジーに適用できます。特に、直流/交流MMCのような複雑な構成や波形形状に対しても適用可能です。この手法は、MMCの安定性や制御性能を向上させるために設計されており、幅広いMMCトポロジーに適用することができます。

提案手法では、アーム電圧の動特性を無視しているが、これが実システムの安定性にどのような影響を及ぼすか

アーム電圧の動特性を無視することによって、提案手法は線形な状態空間モデルに基づいて制御を行います。このアプローチにより、システムの制御が簡素化され、計算負荷が低減されます。ただし、実際のシステムではアーム電圧の動特性が安定性に影響を与える可能性があります。アーム電圧の振動や不安定性が制御システムに影響を与える場合があり、この点を考慮してシステムの安定性を確認する必要があります。

MMCの高調波特性の改善や、より高度な制御性能の実現に向けて、本手法をどのように発展させることができるか

MMCの高調波特性の改善やより高度な制御性能の実現に向けて、提案手法をさらに発展させることができます。例えば、非線形ダイナミクスや高調波の低減に焦点を当てた制御手法の導入、より複雑なMMCトポロジーに対応するための拡張、さらなる安定性解析や最適化手法の導入などが考えられます。また、リアルタイムでの実装や実機実験による検証を通じて、提案手法の性能向上や実用化に向けた取り組みを行うことが重要です。